CN104092234A - 一种适用于双回线路的高可靠性统一潮流控制器 - Google Patents

一种适用于双回线路的高可靠性统一潮流控制器 Download PDF

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沈全荣
李海英
李继红
孙维真
倪秋龙
张静
叶琳
王超
杨滢
董云龙
潘磊
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Abstract

本发明提出了一种适用于双回线路的高可靠性统一潮流控制器，包含至少一个并联变压器、四个换流器、至少两个串联变压器、并联侧倒闸回路、串联侧倒闸回路以及直流公共母线；所述串联变压器的至少一侧并联至少一组旁路开关；至少一个换流器的交流侧经过串联侧倒闸回路与至少一个串联变压器连接后,再串联接入线路；至少一个换流器的交流侧经过并联侧倒闸回路与至少一个并联变压器连接后，接入交流系统；所述换流器的直流侧通过转换开关连接于直流公共母线。此结构可以实现多种运行方式，在一个换流器故障时，仍可以控制双回输电线路的潮流和并联侧交流系统的电压；在两个换流器故障时，可以实现双回线路的潮流控制，具有很好的灵活性和可靠性。

Description

一种适用于双回线路的高可靠性统一潮流控制器
技术领域
本发明涉及一种柔性交流输电技术，具体涉及一种适用于双回线路的高可靠性统一潮流控制器。
背景技术
随着大型电力系统的互联以及各种新设备的使用，在使发电、输电更经济、更高效的同时也增加了电力系统的规模和复杂度；再加上大量的分布式发电系统接入电网，使传统的固定由输电网向配电网传送的潮流发生逆向；用户负荷的不断增长需要潮流控制手段提高现有的功率输送能力；正在蓬勃发展的智能电网和电力市场间复杂的功率交换需要频繁的潮流控制。
统一潮流控制器，又称UPFC(Unified Power Flow Controller),是目前为止通用性最好的潮流控制装置，最简单的UPFC由两个完全相同的电压源换流器通过直流公共端连接，可以看作是一台静止同步补偿器(STATCOM)和一台静止同步串联补偿器(SSSC)并联构成，仅通过改变控制规律，就能分别或同时并快速地实现并联补偿、串联补偿和移相等不同的控制功能，提高电力系统的性能。
目前对统一潮流控制器研究的较多的是针对单回输电线路统一潮流控制器的拓扑结构及控制策略，对应用于双回输电线路的统一潮流控制器研究的较少。由于目前国内输电网络多为双回线路或者更多回线路，潮流优化问题以及N-1过流问题等会在多回线路上均有体现，如只在多回线路的其中一回线路上安装统一潮流控制器控制线路的潮流，控制的效果不佳。因此，如果统一潮流控制器的优化选址地点为双回线路，则需要在双回线路上均安装。若按照单条线路UPFC的结构在双回线路的每回均安装一套UPFC，在任何一个换流器故障后，不能实现双回输电线路的潮流控制，只能通过断开一条线路，单回线路带UPFC运行、进行潮流控制，或者整套UPFC退出、双回线路不带UPFC运行，这两种方式均会降低电网的输电能力及可靠性。
为了解决以上双回线路应用统一潮流控制器的不足，提高统一潮流控制器的效率及可靠性，以及提高系统的输电能力，需要一种更灵活、更可靠的统一潮流控制器。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器,此拓扑结构可以实现多种运行方式，在任何一个换流器故障或者检修时，仍可以实现双回输电线路的潮流控制以及交流电压控制，具有很高的可靠性。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：
所述高可靠性统一潮流控制器包含至少一个并联变压器、四个换流器、至少两个串联变压器、并联侧倒闸回路、串联侧倒闸回路以及直流公共母线；所述串联变压器的至少一侧并联至少一组旁路开关；至少一个换流器的交流侧经过串联侧倒闸回路与至少一个串联变压器连接后,再串联接入每回线路；至少一个换流器的交流侧经过并联侧倒闸回路与至少一个并联变压器连接后，再接入交流系统；所述四个换流器的直流侧通过转换开关连接于直流公共母线。
进一步地：所述的并联侧倒闸回路由至少一个转换开关构成，用于将换流器以不同组合形式与并联侧交流系统连接或者退出连接；所述的串联侧倒闸回路由至少一个转换开关构成，用于将换流器以不同组合形式与串联变压器连接或者退出连接。
进一步地：所述的高可靠性统一潮流控制器还包含至少一个并联侧起动电路，相应地,所述的四个换流器中至少一个经过并联侧倒闸回路后，连接至少一个所述并联侧起动电路，起动电路再与至少一个并联变压器连接。
进一步地：所述旁路开关为旁路断路器或者快速旁路开关。
进一步地：至少一组所述旁路断路器并联在所述串联变压器线路侧绕组的两端，用于控制所述串联变压器的接入或者退出线路。
进一步地：至少一组所述快速旁路开关并联在所述串联变压器阀侧的相间，用于故障时将所述换流器快速旁路，与线路隔离。
进一步地：所述的统一潮流控制器通过并联侧倒闸回路和串联侧倒闸回路的倒闸操作，实现多种运行方式，包括但不限于：双回线路统一潮流控制器运行方式、单回线路统一潮流控制器运行方式、静止同步补偿器运行方式、静止同步串联补偿器运行方式以及线间潮流控制器运行方式。
进一步地：所述转换开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子设备构成的开关。
进一步地：所述并联变压器接入的交流系统为双回输电线路的公共母线，或者其它交流母线。
进一步地：所述并联侧起动电路包括一对并联的电阻和开关，所述开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子器件构成的开关。
进一步地：所述快速旁路开关为断路器、双向反并联的晶闸管、或者其它电力电子器件。
进一步地：所述换流器为电压源型换流器，包括但不限于两电平结构、变压器多重化结构或者模块化多电平结构。
进一步地：所述串联变压器为单相或者三相变压器，所述串联变压器的线路侧绕组分相串入线路。
进一步地：所述统一潮流控制器应用于N回输电线路时，所述换流器至少为N+2个，所述串联变压器至少为N个，N为自然数且N大于2。
采用上述方案后，本发明可以提高双回线路应用统一潮流控制器的灵活性可靠性。正常运行时，每两个换流器一组构成一套UPFC，分别控制双回线路的潮流；两个并联侧换流器与交流系统进行快速无功补偿，或者控制并联侧交流母线。当其中一个换流器故障或者检修时，可以通过倒闸操作使一个换流器并联连接、另外两个换流器串联接入线路，构成三端、双回线路运行方式运行，依然可以控制双回线路的潮流以及交流系统电压。当两个换流器故障或者检修时，剩下的两个换流器可以通过倒闸操作变为SSSC或线间潮流控制器IPFC运行，仍能控制双回线路的潮流；或者断开一回线路，变成单回线路UPFC运行。此外，四个换流器均可以作为STATCOM运行，提高系统的无功储备。由于四个换流器均可以通过倒闸回路均可以并联或者串联接入系统，其控制方式灵活多便，同时极大的提高了统一潮流控制器的可靠性。对于N回线路应用统一潮流控制器，可以采用类似的结构，换流器只需至少选择N+2个即可。
附图说明
图1是本发明一个实施例的统一潮流控制器的单相等效结构图；
图2是本发明另一个实施例的统一潮流控制器的单相等效结构图；
图3是本发明一个实施例的并联变压器接入的交流系统是双回线路公共母线的结构图。
图4是本发明一个实施例的以转换开关构成并联侧倒闸回路和串联侧回路倒闸回路的结构图。
图5是本发明以转换开关构成并联侧倒闸回路和串联侧回路倒闸回路的另一个实施例的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
本发明提出一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其一个较优实施例如图1所示。图中，1为并联变压器，2为并联侧起动电路，3为并联侧倒闸回路，4为电压源换流器，5为直流母线及转换开关，6为串联侧倒闸回路，7为串联变压器阀侧绕组并联的快速旁路开关，8为串联变压器，9、10为串联变压器线路侧绕组并联的旁路断路器，11为双回线路值等电抗。
所述的高可靠性统一潮流控制器包含至少一个并联变压器1、起动电路2、四个换流器4、至少两个串联变压器8、并联侧倒闸回路3、串联侧倒闸回路6以及直流公共母线5；串联变压器至少一侧并联至少一个旁路断路器9、10、或者至少一组快速旁路开关7、或者两者均并联。需要说明的是，起动电路2非必须的，这里以含有起动电路2的情况作为实施例。另外，所述串联变压器8的至少一侧并联至少一组旁路开关，旁路开关可以是旁路断路器或者快速旁路开关。串联变压器8可以在一侧同时并联旁路断路器和/或快速旁路开关，也可以在串联变压器的两侧分别并联旁路断路器和/或快速旁路开关。
所述统一潮流控制器的四个换流器4中至少一个的交流侧经过串联侧倒闸回路6与串联变压器8连接后，再串联接入每回线路；同时四个换流器4中至少一个的交流侧经过并联侧倒闸回路3与至少一个并联变压器1连接后，再接入交流系统；三个换流器4的直流侧通过转换开关连接于直流公共母线5。
前述的统一潮流控制器可以包含至少一个并联侧起动电路2，换流器4中至少一个经过并联侧倒闸回路3以及至少一个并联侧起动电路2连接后，再与至少一个并联变压器1连接；
前述统一潮流控制器的并联侧倒闸回路3可以使用转换开关实现，从而将换流器4以不同组合形式与并联侧起动电路2连接或者退出连接；上述统一潮流控制器的串联侧倒闸回路6可以使用转换开关实现，从而将换流器4以不同组合形式与串联变压器8连接或者退出连接。如图4所示的实施例，通过并联侧倒闸回路包含的四个转换开关的倒闸操作，四个换流器均可以连接至并联侧交流系统；通过串联侧倒闸回路包含的四个转换开关的倒闸操作，换流器1和换流器2可以连接至双回线路的任一回线路，换流器3和换流器4可以连接至其中一回线路。
前述统一潮流控制器的串联变压器旁路断路器9、10，包括至少一组并联在变压器线路侧绕组两端，用于串联变压器的接入或者退出线路。
前述统一潮流控制器的串联变压器快速旁路开关7，包括至少一组并联在变压器阀侧的相间，用于故障时将换流器快速旁路，与线路隔离。
前述的统一潮流控制器可以通过并联侧倒闸回路3和串联侧倒闸回路6的倒闸操作，实现多种运行方式，包括双回线路统一潮流控制器运行方式、单回线路统一潮流控制器运行方式、静止同步补偿器运行方式、静止同步串联补偿器运行方式以及线间潮流控制器运行方式等。
前述统一潮流控制器的并联侧倒闸回路3以及串联侧倒闸回路6的转换开关，可以是隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子设备构成的开关。
前述统一潮流控制器的并联变压器1接入的交流系统，可以为双回输电线路的公共母线，例如图2所示的实施例。或者其它交流母线，如图1所示的实施例。
前述统一潮流控制器的并联侧起动电路2，可以包括一对并联的电阻和开关，所述开关可以为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子器件构成的开关。
前述统一潮流控制器的串联变压器快速旁路开关7，可以由断路器、或者双向反并联的晶闸管、或者其它电力电子器件构成。
前述统一潮流控制器的换流器4可以为两电平结构、变压器多重化结构、模块化多电平结构或者其它拓扑结构的电压源型换流器。
前述统一潮流控制器的串联变压器8为单相或者三相变压器，所述串联变压器8的线路侧绕组分相串入线路。
前述统一潮流控制器应用于N回线路时，所述换流器4至少为N+1个，所述串联变压器8至少为N个，N为自然数且N大于2。
本发明还提供另一个实施例如图3所示，采用多个并联变压器和多个并联起动电路、串联变压器阀侧绕组并联旁路断路器的结构图；12为串联变压器阀侧绕组并联的旁路断路器。
本发明还提供另一个实施例如图5所示，通过并联侧倒闸回路包含的四个转换开关的倒闸操作，四个换流器均可以连接至并联侧交流系统；通过串联侧倒闸回路，换流器3和换流器4连接至其中一回线路。此实施例可以用于交流系统电压比较稳定、不需要大量无功交换的系统，换流器1，2的容量可以取的比较小，满足双回线路潮流控制的要求即可。
本发明以应用于双回输电线路的统一潮流控制器来介绍实施方案，但本发明不限于双回线路应用统一潮流控制器的系统，也可以用于其它需要多条线路应用统一潮流控制器的情况，例如可以应用于同一个变电站、不同落点的多条线路的统一潮流控制器等等。任何牵涉到通过四个换流器的倒闸操作来控制两条线路潮流的统一潮流控制器都属于本发明范围之内。
需要说明的是,本发明中的各元件，如电抗器、电阻、开关等，大多是指等效元件；也就是说，电路结构中的等效元件既可以是单个的元件，也可以是多个同样的元件级联(串联、并联等)而成。对于本发明实施例中的任何等效元件，能够实现同样功能的任何等效电路应当都涵盖在本发明实施例的保护范围之内。最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。

Claims (14)

1.一种适用于双回线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：
所述高可靠性统一潮流控制器包含至少一个并联变压器、四个换流器、至少两个串联变压器、并联侧倒闸回路、串联侧倒闸回路以及直流公共母线；所述串联变压器的至少一侧并联至少一组旁路开关；至少一个换流器的交流侧经过串联侧倒闸回路与至少一个串联变压器连接后,再串联接入每回线路；至少一个换流器的交流侧经过并联侧倒闸回路与至少一个并联变压器连接后，再接入交流系统；所述四个换流器的直流侧通过转换开关连接于直流公共母线。
2.如权利要求1所述的一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：所述的并联侧倒闸回路由至少一个转换开关构成，用于将换流器以不同组合形式与并联侧交流系统连接或者退出连接；所述的串联侧倒闸回路由至少一个转换开关构成，用于将换流器以不同组合形式与串联变压器连接或者退出连接。
3.如权利要求1所述的一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：所述的高可靠性统一潮流控制器还包含至少一个并联侧起动电路，相应地,所述的四个换流器中至少一个经过并联侧倒闸回路后，连接至少一个所述并联侧起动电路，起动电路再与至少一个并联变压器连接。
4.如权利要求1所述的一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：所述旁路开关为旁路断路器或者快速旁路开关。
5.如权利要求4所述的一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：至少一组所述旁路断路器并联在所述串联变压器线路侧绕组的两端，用于控制所述串联变压器的接入或者退出线路。
6.如权利要求4所述的一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：至少一组所述快速旁路开关并联在所述串联变压器阀侧的相间，用于故障时将所述换流器快速旁路，与线路隔离。
7.如权利要求1所述的一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：所述的统一潮流控制器通过并联侧倒闸回路和串联侧倒闸回路的倒闸操作，实现多种运行方式，包括但不限于：双回线路统一潮流控制器运行方式、单回线路统一潮流控制器运行方式、静止同步补偿器运行方式、静止同步串联补偿器运行方式以及线间潮流控制器运行方式。
8.如权利要求1或2所述的一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：所述转换开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子设备构成的开关。
9.如权利要求1所述的一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：所述并联变压器接入的交流系统为双回输电线路的公共母线，或者其它交流母线。
10.如权利要求3所述的一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：所述并联侧起动电路包括一对并联的电阻和开关，所述开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子器件构成的开关。
11.如权利要求4所述的一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：所述快速旁路开关为断路器、双向反并联的晶闸管、或者其它电力电子器件。
12.如权利要求1所述的一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：所述换流器为电压源型换流器，包括但不限于两电平结构、变压器多重化结构或者模块化多电平结构。
13.如权利要求1所述的一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：所述串联变压器为单相或者三相变压器，所述串联变压器的线路侧绕组分相串入线路。
14.如权利要求1所述的一种适用于双回输电线路的高可靠性统一潮流控制器，其特征在于：所述统一潮流控制器应用于N回输电线路时，所述换流器至少为N+2个，所述串联变压器至少为N个，N为自然数且N大于2。
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